(57)【要約】【課題】機能性成分を含むミストを外部に放出する静電霧化装置において、多量のミストを外部に放出することが可能な放出ピン部材及びそれを用いた静電霧化装置を提供する。【解決手段】静電霧化装置においてミスト１７を外部に放出する部材であって、複数本の炭素繊維と、前記複数本の炭素繊維を束ねて炭素繊維成型体１１ｂとする留め部材１２と、を有することを特徴とする放出ピン部材１１。また、放出ピン部材１１と、貯水部１４と、放出ピン部材を突設し貯水部から吸水した水溶液１６を保持する保水部１３と、前記放出ピン部材に電圧を印加する印加電極１５と、を備えることを特徴とする静電霧化装置１０。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電霧化装置においてミストを外部に放出する部材であって、
複数本の炭素繊維と、
前記複数本の炭素繊維を束ねて炭素繊維成型体とする留め部材と、
を有することを特徴とする放出ピン部材。
【請求項２】
前記炭素繊維を束ねる留め部材が中空部を有し、前記炭素繊維の先端は前記中空部から露出していることを特徴とする請求項１に記載の放出ピン部材。
【請求項３】
前記留め部材が、ポリオレフィン、ＰＥＴ、フッ素系樹脂などの熱可塑性樹脂からなる熱収縮チューブを加熱処理によって収縮させたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の放出ピン部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの放出ピン部材と、
貯水部と、
前記放出ピン部材を突設し貯水部から吸水した水溶液を保持する保水部と、
前記放出ピン部材に電圧を印加する印加電極と、を備えることを特徴とする静電霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミストを外部に放出する静電霧化装置において、高電圧を印加することなく、多量のミストを外部に放出することが可能な放出ピン部材及びそれを用いた静電霧化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高電圧を印加することで不揮発性機能性成分を含む水溶液を霧化させ、ミストとして放出する静電霧化装置が知られている。水溶液としては、例えば、ビタミンＣ・アミノ酸等の機能性成分が入った水、アロマオイル、消臭材等が使用されている。
一般的に静電霧化装置は、貯水部から水溶液を放出ピン部材の先端部まで毛細管現象で搬送し、放出ピン部材に電圧を印加することにより、先端部からミストを放出する。
しかしながら、従来の静電霧化装置においては、水タンクに補給する水溶液が、水道水のようなＣａ、Ｍｇ等のミネラル成分を含む水であった場合には、このミネラル成分が空気中のＣＯ２と反応して放出ピン部材にＣａＣＯ３やＭｇＯ等を析出付着させ、ミストの放出を妨げることがあった。
このような問題点に対し、特許文献１では、水搬送経路中にミネラル成分を除去するためのイオン交換部を設けることで、尖った霧化部において空気中のＣＯ２との反応によりＣａＣＯ３やＭｇＯ等の析出付着が防止され、定期的なメンテナンスを行わずとも継続的に使用することが可能な静電霧化装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５５０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の高電圧を印加しミストを放出させる霧化部を有する静電霧化装置においては、放出ピン部材を構成する多孔質体が空気に触れ、酸化反応を起こすことで酸化物が付着し、多孔質体を目詰まりさせるという問題があった。
このように多孔質体が目詰まりすると、毛細管現象による水の搬送を阻害し、ミスト放出が抑制されるという現象が起こるため、放出ピン部材に析出付着して目詰まりしている酸化物等を除去するメンテナンスを行ったり、ミスト放出のために必要以上に高電圧を印加する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は上記課題を解決するために、ミスト放出のための放出ピン部材に着目し鋭意検討を行った結果、放出ピン部材を炭素繊維で構成することにより、必要以上の高電圧を印加することなく多量のミストを放出することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
請求項１の放出ピン部材は、静電霧化装置においてミストを外部に放出する部材であって、複数本の炭素繊維と、前記複数本の炭素繊維を束ねて炭素繊維成型体とする留め部材と、
を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の放出ピン部材は、前記炭素繊維を束ねる留め部材が中空部を有し、前記炭素繊維の先端は前記中空部から露出していることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の放出ピン部材は、前記留め部材が、ポリオレフィン、ＰＥＴ、フッ素系樹脂などの熱可塑性樹脂からなる熱収縮チューブを加熱処理によって収縮させたものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る静電霧化装置は、請求項１〜３のいずれかの放出ピン部材と、貯水部と、前記放出ピン部材を突設し貯水部から吸水した水溶液を保持する保水部と、前記放出ピン部材に電圧を印加する印加電極と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、放出ピン部材に炭素繊維を有することで、放出ピン部材の抵抗値を抑え必要以上の高電圧を印加することなくミストを外部に放出できる。
同時に、放出ピン部材が目詰まりすることがないため、長期間にわたってメンテナンスをすることなく安定的にミストを放出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る静電霧化装置の実施の一形態を示す概略図である。
【図２】実施例の炭素繊維成型体からなる放出ピン部材の断面図である。
【図３】放出ピン部材の他の実施例を示す断面図である。
【図４】実施例２の放出ピン部材の断面図である。
【図５】従来のグラファイト塗布ピン部材と実施例の放出ピン部材に、それぞれ６ｋＶを負荷したときのミスト放出量を示すグラフである。
【図６】実施例の放出ピン部材に、それぞれ４ｋＶ、３ｋＶを負荷したときのミスト放出量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための形態により、本発明を説明する。
＜放出ピン部材＞
放出ピン部材は、静電霧化装置においてミストを外部に放出する部材である。
また、放出ピン部材は、複数本の炭素繊維と、前記複数本の炭素繊維を束ねて炭素繊維成型体とする留め部材と、を有する。
放出ピン部材は、保水部に保持された水や水溶液（本明細書において両者を合わせて水溶液という）を吸い上げ、その先端部からミストを外部に放出する役割を果たす。
従って、放出ピン部材は高い吸水力及び保水力を備えることが必要となる。
これは、水溶液を保水部に留まらせることなく効率的に放出ピン部材に吸い上げ、ミストを外部に放出させるためである。
【００１３】
放出ピン部材は、複数本の炭素繊維を、外側から束ねて（固定して）棒状体に形成された炭素繊維成型体とされる。もしくは結合剤等により部分的もしくは全体的に接着して一体化してもよい。そして炭素繊維の隙間に形成される空隙が、水溶液の流路として構成される。炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッチ系などから形成される。
【００１４】
なお、複数の炭素繊維は、樹脂（結合剤）により互いに接着させてもよい。これにより、円筒やリング状の留め部材を省略することができる。
炭素繊維を接着するための樹脂としては、特に制限はないが、ウレタン樹脂やアクリル樹脂、ＳＢＲ（スチレン-ブタジエンゴム）、エポキシ樹脂などの公知の合成系接着剤を好適に用いることができる。
なお、これらの接着性樹脂は単独でも導電性をある程度確保することができるが、カーボン粉末や金属微粒子を混在させてもよい。
【００１５】
＜炭素繊維と他の繊維との混合体＞
炭素繊維成型体は、炭素繊維と金属繊維とを束ねたものでもよい。炭素繊維と金属繊維とを混合することにより、炭素繊維の柔軟性と、金属繊維の耐久性とをバランスよく織り交ぜることができる。
また、芯部に位置する金属繊維と、この芯部より外側に位置する周縁部における炭素繊維とで、二層構造としてもよい。
また、芯部と周縁部とで径を異ならせてもよい。例えば芯部における金属繊維の径を周縁部における炭素繊維の径より太くする等である。
なお、芯部と周縁部との境を厳密なものとする必要は必ずしもなく、意図する性能を実現するために適宜その境は調整可能である。
【００１６】
さらに、炭素繊維成型体は、炭素繊維と有機繊維とを束ねたものでもよい。
有機繊維としては、例えば、ナイロン６（登録商標）、ナイロン６６（登録商標）、芳香族ポリアミド等のポリアミド系の各種繊維、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカーボネート等のポリエステル系の各種繊維、ポリアクリロニトリル等のアクリル系の各種繊維、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系の各種繊維、ポリメタクリル酸メチル等のポリメタクリレート系の各種繊維、ポリビニルアルコール系の各種繊維、ポリ塩化ビニリデン系の各種繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリウレタン系の各種繊維、フェノール系繊維、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレン等からなるフッ素系繊維、などが素材として挙げられる。
また、その形状としては、無垢繊維（例えば、中空ではない長繊維や短繊維フィラメントなど）やその内部に空洞を有するストロー状の中空繊維が挙げられる。
中空繊維の外径は、０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下であり、内径は１０μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。
なお、中空繊維に使用する材料としては、中空繊維に加工可能なものであれば、無機材料でも良く、例えば、カーボンナノチューブ等の炭素系繊維等の材料などが挙げられる。
【００１７】
＜留め部材＞
留め部材は、炭素繊維成型体を外方から束ねるための部材であり、例えば円筒状やリング状の樹脂、金属、セラミックス材料が用いられる。
炭素繊維成型体と、円筒状やリング状の留め部材との隙間には、ホットメルトした樹脂などを充填して、炭素繊維成型体と留め部材とを固定する。
また、留め部材としては、炭素繊維成型体中に結合剤を混ぜて固化させることもできる。この場合は、炭素繊維成型体を外方から束ねるための円筒やリングなどは不要となる。
結合剤としては、導電性樹脂（導電性を確保できる樹脂）や、カーボンパウダーや金属粉末を混ぜた樹脂を用いることが望ましい。導電性を確保できる樹脂としては、ウレタン樹脂やアクリル樹脂、ＳＢＲ（スチレン-ブタジエンゴム）、エポキシ樹脂などが挙げられる。
【００１８】
＜留め部材としての熱収縮チューブ＞
なお、前記留め部材を熱収縮チューブを用いて形成することもできる。ドライヤーなどの加熱手段によって熱収縮チューブ（留め部材）を収縮させて、複数の導電性繊維を留め部材の中に簡単に束ねることができる。熱収縮チューブとしては、ポリオレフィン、ＰＥＴ、フッ素系の熱可塑性樹脂が挙げられる。
なお、熱収縮チューブの素材にカーボン粉末等の導電粉末を混合して導電性を付与することもできる。
【００１９】
＜放出ピン部材の形状＞
放出ピン部材の形状としては、炭素繊維を棒状体として形成したものが挙げられるが、形状はこれに限定されるものではなく、楕円柱形状、円錐形状、角柱形状等でもよい。
また、放出ピン部材先端部は、平面状よりも丸みを帯びた曲面形状であることが好ましい。鋭利に尖った形状であると、放出ピン部材先端部まで電流が行き渡らず、水溶液を十分に保持できず好ましくないためであり、放出ピン部材先端部が適度な丸みを有する形状であればよい。
【００２０】
前記炭素繊維成型体の材質及び構造により水溶液の吸水特性が異なるため、時間当たりの水の吸い上げ量を測定することで、炭素繊維成型体の放出性能が決定される。
放出性能は、炭素繊維成型体の有する時間当たりの吸水率で性能が決定され、いずれの素材においてもその吸水率は３０〜１００％程度が適している。
なお、吸水率とは、飽水状態の炭素繊維成型体に含まれている全水量の、絶対乾燥状態の炭素繊維成型体の質量に対する百分率のことを指す。
【００２１】
＜静電霧化装置＞
本発明に係る静電霧化装置は、直流電圧を印加することで水溶液を静電霧化させ、ミストとして外部に放出するものである。
静電霧化装置は、前記の放出ピン部材と、貯水部と、前記放出ピン部材を突設し貯水部から吸水した水溶液を保持する保水部と、前記放出ピン部材に電圧を印加する印加電極と、を備える。
【００２２】
＜保水部＞
完成した放出ピン部材を突設する保水部は、優れた吸水力及び保水力を有する構造体であり、炭素繊維や炭素材料を複合化して形成される多孔質体又は炭素繊維成型体からなり、形状は特に限定されるものではない。
また、多孔質体もしくは炭素繊維成型体以外でも、優れた吸水力及び保水力を有する構造であれば、ハニカム構造やコルゲート構造、またパイプ状、シート状、プリーツ状等も挙げられる。なお、保水部は放出ピン部材と比較し低い吸水力及び保水力を有するため、保水部に吸水した水を保水部に留まらせることなく、放出ピン部材へと吸い上げさせ、外部にミストを放出させることができる。
【００２３】
＜印加電極＞
放出ピン部材に直流電圧を印加する印加電極は、例えば、４〜１０ｋＶ程度のＤＣマイナス電圧を発生させる電源であり、その負極が導線を介して保水部に接続され、水溶液を保持する保水部を負に帯電させている。
印加電極の負極を保水部に接続することにより、電流は最も放電し易い場所を求めて流れ、通常、先端が尖っている場所や炭素繊維など通電性に優れた場所に集まる性質を利用して、放出ピン部材へと集まることになる。
このように放出ピン部材に電圧を印加することで、自然放電現象により放出ピン部材から外部へミストを放出させることができる。
なお、印加電極の正極を保水部に接続し、正電荷を付与してもよい。
【００２４】
＜貯水部＞
貯水部は、水溶液を収容するとともに、毛細管現象等を利用して、常時、保水部に水溶液を供給する。貯水部の容量や形状等は特に限定されるものではないが、必要ミスト放出量に従って適宜選択することが好ましい。
【００２５】
＜水溶液＞
貯水部に収容される水溶液としては、ビタミンＣ（Ｌ−アスコルビン酸）、ビタミンＣエステル（（Ｌ−アスコルビン酸リン酸マグネシウム、Ｌ−アスコルビン酸リン酸ナトリウム、リン酸アスコルビンマグネシウム等）、ビタミンＡ、ビタミンＢ、ビタミンＤ、ビタミンＤα−リボ酸、アミノ酸、茶菓抽出物（カテキン、タンニン、サポニン、テアニン、カフェイン等）、ヒアルロン酸、コラーゲン、アロマ精油（ラベンダー、ローズマリー、レモングラス、ティートリー、セージ、クローブ、オレンジ、グレープフルーツ、シナモン、ジャスミン等）、コーヒー豆、茶菓、ワサビ、ヒノキチオール、キチン、キトサン、プロポリス等のような有機系可溶性成分が挙げられ、その他、無機物（無機系可溶性成分）では、銀または食塩が挙げられる。また、白金ナノ粒子、パラジウムナノ粒子等も使用することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の放出ピン部材に係る実施例について、図面を参照して詳述する。
＜実施例１＞
図１は本発明に係る静電霧化装置１０の実施例を示す概略図である。図において、静電霧化装置１０は、貯水部１２と、貯水部１２から吸水シート１２ａや吸水ピンなどを介して吸水し水溶液を保持する保水部１３と、保水部１３に突設されたミストを外部に放出する放出ピン部材１１と、放出ピン部材１１にＤＣ電源から負電圧を印加する印加電極１４とを備えることを特徴とする。
このような構成によって、保水部１３に突設された放出ピン部材１１は、保水部１３に保持された水溶液１６を吸い上げ、その先端部１１ａからミスト１７を、マイナス電荷を保持して外部に放出する。
【００２７】
図２は、実施例１の静電霧化装置に用いられる放出ピン部材１１の断面図である。
図２に示すように、放出ピン部材１１は、複数の炭素繊維からなる炭素繊維成型体１１ｂ、この炭素繊維成型体１１ｂを束ねるリング状の留め部材１２を含んで構成されている。
ミストを多量に放出するためには、その先端の形状は鋭利な形は好ましくなく、緩やかな丸みを帯びているものや平面などであることが好ましい。
なお、図示しないが、放出ピン部材１１の横断面（炭素繊維がそろった方向と直角方向）の形状は、円形、楕円形、三角形、四角形など、特に限定するものではない。
【００２８】
＜実施例２＞
図３は、実施例２の放出ピン部材を示す断面図である。図３に示すように、放出ピン部材２１は炭素繊維からなる炭素繊維成型体２１ｂの外側を留め部材２２により束ねられている。
留め部材２２は、エポキシ樹脂などの素材を、中空部２２ａを備えるようにチューブ状にしたものである。この中空部２２ａに炭素繊維成型体２１ｂが挿入されている。
また、実施例２の炭素繊維成型体２１ｂは、芯部２３ｂは金属繊維を用い、周縁部２３ａには炭素繊維を用いている。これにより、放出ピンの強度を高めつつ放出ピン中の水溶液の酸化を抑え、放出ピンの目詰まりを抑制でき、長期間にわたり細かなミストを放出させることができる。
【００２９】
＜実施例３＞
図４は、実施例３の放出ピン部材の断面図である。実施例３の放出ピン部材３１は、炭素繊維成型体３１ｂが留め部材３２により束ねられている点では、実施例１と同様であるが、留め部材３２が熱収縮チューブにより形成され、炭素繊維成型体３１ｂの後端３１ｃは、その内部に保水部１３を備えたステンレス製の導電体（パイプ）３５に固着している点で異なる。これにより、保水部１３を備えたステンレス製パイプ３５を図示しない固定台に立設することができる。
【００３０】
実施例３の放出ピン部材３１は、以下のようにして製造する。すなわち、図４（ａ）の例では、留め部材としての熱収縮性チューブ３２の内部に炭素繊維成型体３１ｂを挿入するとともに、その後端３１ｃに導電体としてのステンレスパイプ３５を挿入して、炭素繊維成型体３１ｂ及びステンレスパイプ３５の上から樹脂製の熱収縮チューブ３２で被覆する。
次に、ドライヤーなどを用いて外部から熱風を当てて熱収縮性チューブ３２を収縮させて、炭素繊維成型体３１ｂ、ステンレスパイプ３５、留め部材３２を一体化する。
熱収縮チューブ３２の収縮により、炭素繊維成型体３１ｂの繊維ほつれを拘束できるとともに、ステンレスパイプ３５を炭素繊維成型体３１ｂの後端に固着することができる。
【００３１】
図４（ｂ）の例では、まず、留め部材としての熱収縮性チューブ３２の内部に炭素繊維成型体３１ｂを挿入したものを、ドライヤーなどを用いて外部から熱風を当てて熱収縮性チューブ３２を収縮させて炭素繊維成型体３１ｂを固定する。
その後、導電体としてのステンレスパイプ３５に炭素繊維成型体３１ｂの後端３１ｃを挿入して、炭素繊維成型体３１ｂを固定した留め部材３２と一体化する。
なお、この場合、ステンレスパイプ３５の端部にカシメ３５ａを形成することにより、
接続強度及び炭素繊維成型体３１ｂとの電気的接続が確実になる。
【００３２】
＜実施例の評価＞
実施例１の放出ピン部材と従来のグラファイト塗布のピン部材（樹脂製のフェルトの周囲にグラファイトを塗布したミスト放出ピン部材）で、ミスト放出量を測定した。ミスト放出量測定には、ワイコフ科学社製の粒子分布測定器（ＤＭＡシステム）を用いた。
測定は、放出ピン部材に対して負荷電圧を変化させ、ミスト放出量を比較した。
図５は、従来のグラファイト塗布ピン部材と本実施例２の放出ピン部材に、それぞれ６ｋＶを負荷した場合のミスト放出量を示すグラフである。
図５の横軸は放出したミスト粒子の直径を示し、縦軸は放出したミスト粒子の数量（個数）を示す。
（ａ）に示すように従来のグラファイト塗布ピン部材では、ミスト粒子径が２ｎｍのときにピーク値約４３００個／ｃｍ３であったが、（ｂ）に示すように実施例２の放出ピン部材ではミスト粒子径が４ｎｍのときにピーク値約５３００００個／ｃｍ３であった。
このことから、実施例２の放出ピン部材は、従来のグラファイト塗布ピン部材に比較して約１００倍以上の個数のミスト粒子を放出したことが分かる。
図６（ｃ）（ｄ）は、実施例２の放出ピン部材に、それぞれ４ｋＶ、３ｋＶを負荷した場合のミスト放出量を示すグラフである。
図６（ｃ）（ｄ）から、実施例２の放出ピンでは、４ｋＶの負荷で粒子径が２ｎｍのときにピーク値約４６００００個／ｃｍ３のミストを放出し、３ｋＶのの負荷で粒子径が２ｎｍのときにピーク値約４０００００個／ｃｍ３のミストを放出したことが分かる。
このことから、電極に負荷する電圧を低くしても、従来のグラファイト塗布ピン部材に比較して大量のミスト粒子を放出することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、機能性成分を含むミストを外部に放出する静電霧化装置において、必要以上の高電圧を印加することなく、多量のミストを外部に放出することが可能な放出ピン部材及びそれを用いた静電霧化装置を提供する。本発明によれば、放出ピン部材本体に導電性材料を担持させることで、必要以上の高電圧を印加することなく多量のミストを放出することが可能となり、併せて機能性成分を含むミストによる除菌効果が向上するため、エアコン、冷蔵庫、ランドリー、ヘアドライヤー、扇風機、空気清浄機、加湿器、美顔器などの装置に適用でき、産業上の利用可能性は非常に高い。
【符号の説明】
【００３４】
１０   静電霧化装置
１１、２１、３１   放出ピン部材
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ  炭素繊維成型体
１１ａ  先端部
１２、２２、３２  留め部材
１２ａ  吸水シート
１３   保水部
１４   貯水部
１５   印加電極
１６   水、水溶液
１７   ミスト
２２ａ  中空部
２３ａ  周縁部
２３ｂ  芯部
３１ｃ  後端
３５  導電体
３５ａ  カシメ
【図１】
2013240764.tif 000003
【図２】
2013240764.tif 000004
【図３】
2013240764.tif 000005
【図４】
2013240764.tif 000006
【図５】
2013240764.tif 000007
【図６】
2013240764.tif 000008